Розділ II. ВИНИКНЕННЯ ПРОЦЕСУ ГОРІННЯ Тема

Розділ II. ВИНИКНЕННЯ ПРОЦЕСУ ГОРІННЯ Тема 6. ВИМУШЕНЕ ЗАПАЛЮВАННЯ ГОРЮЧИХ СИСТЕМ Лекція 7 ЗАПАЛЮВАННЯ НАГРІТИМ ТІЛОМ ТА ЕЛЕКТРИЧНИМ РОЗРЯДОМ

Причина пожежі Пожеж, од. Загину-л о, осіб Зб. прямі, тис. грн. Порушення правил пожежної безпеки при влаштуванні та експлуатації електроустановок 1056 16 8426 Необережне поводження з вогнем 917 57 5449 Підпал 298 0 8251 Інші причини 217 3 5465 Порушення правил пожежної безпеки при влаштуванні та експлуатації печей і теплогенеруючих агрегатів та установок 163 5 676 Порушення правил пожежної безпеки проведенні електрогазозварювальних робіт 104 4 779 Несправність виробничого обладнання, порушення технологічного процесу виробництва 64 0 1052 Пустощі дітей з вогнем 38 0 270 Самозаймання речей та матеріалів 36 0 180 Розряд блискавки 21 0 358 Порушення правил ПБ при експлуатації побутових газових, гасових та бензинових приладів 7 0 140 Вибух

План лекції 1. Поняття та особливості процесу запалювання. 2. Запалювання нагрітою поверхнею. 3. Запалювання горючих систем електрич-ними розрядами. 4. Запалювання променистим потоком тепла.

1. ПОНЯТТЯ І ОСОБЛИВОСТІ ПРОЦЕСУ ЗАПАЛЮВАННЯ Вимушене запалювання — виникнення горіння внаслідок дії джерела запалювання на невелику частку відносно холодної горючої системи. Джерело запалювання — тіло, що горить, або розжарене тіло, а також електричний розряд, які мають енергію і температуру, достатні для виникнення горіння інших речовин. Залежно від природи теплового впливу розрізняють види ( групи) джерел запалювання : — теплові прояви хімічної енергії; — теплові прояви електричної енергії; — теплові прояви механічної енергії; — теплові прояви ядерної енергії, енергія сонячних променів; — відкрите полум’я, розжарені продукти горіння або нагріте ними тіло.

Відмінності запалювання від самоспалахування 1. Горіння виникає не в усій системі, як при СС , а тільки в частині ГС, яка примикає до ДЗ , інша маса ГС залишається відносно холодною. 2. При СС тепловіддача визначається конвек-цією від системи в навколишнє середовище. При ВЗ тепловіддача визначається теплопровідністю всередині самої ГС. q(-) = — d 2 T/dх2. 3. При ВЗ інтенсивність тепловіддачі більша, ніж при СС , через те що вихідна ГС залишається холодною. q(-) зап > q(-)сс.

4. Для перевищення q(+) над q(-) необхідно при ВЗ збільшити температуру, до якої нагрівається частка холодної ГС. Отже, при ВЗ відбувається локальний нагрів ГС до критичної температури — температури запалювання tзап , більшої, ніж tсс t зап > tсс 5. При СС горіння є гомогенним кінетичним, а при ВЗ може виникати як полум’яне горіння , так і гетерогенне дифузійне (тління) при впливі ДЗ на деякі тверді горючі матеріали. 6. Величина періоду індукції τ інд при ВЗ залежить від агрегатного стану горючої речовини і потужності ДЗ.

7. Через високу інтенсивність тепловіддачі при ВЗ температура горіння буде нижчою, ніж при самоспалахуванні. tгор ( зап) < tгор ( сс) q(+) = q(-) V гс Qн ωхр = — d 2 T/dх

2. ЗАПАЛЮВАННЯ РОЗЖАРЕНИМ ТІЛОМ При температурі стінки Т 3 суміш у пристінному шарі реагує з виділенням тепла, так що q(+) = q(-) , встановлюється стаціонарний стан. При температурі стінки більшій, ніж Т 3 , суміш у пристінному шарі реагує з більшою швидкістю, так що q(+) > q(-) , внаслідок чого температура суміші підніметься вище за температуру поверхні.

Температура запалювання — найменша температура нагрітого тіла, при якій виділення тепла в пристінному шарі горючої суміші компенсує тепловіддачу від цього шару в вихідну холодну горючу суміш. Реакція з виділенням тепла йде у шарі газу товщиною . При х > ω хр = 0 , q(+) = 0 , при цьому температура газової суміші зменшується до Т о на відстані l. Горіння виникає якщо в шарі товщиною d. T/dx > 0.

Критичною умовою запалювання є: (d. T/dx)х< = 0 Рівняння теплового балансу в пристінному шарі товщиною : V гс Qн ωхр = — d 2 T/dх2 Мінімальний розмір нагрітого тіла , при якому відбудеться запалювання: 2 запхрн 2 озапакт ДЗ RTw. Q 2 )Тλ(ÒЕ r

ЧИННИКИ, ЩО ВПЛИВАЮТЬ НА ПРОЦЕС ЗАПАЛЮВАННЯ: 1) вид горючої речовини, 2) склад горючої суміші, 3) умови, в яких знаходиться горюча суміш, 4) властивості самого джерела запалювання (нагрітого тіла). Вид горючої речовини — теплотворна здатність: Qн q(+) Tзап — агрегатний стан: найменша T зап у горючих газів, найбільша — у твердих горючих матеріалів.

Склад горючої суміші — концентрація кисню в окислювальному середовищі φО 2 ωхр q(+) Tзап — концентрація негорючих газів φ нг ω хр q(+) Tзап — концентрація горючої речовини φ гр = φстм Tзап = min

Умови, в яких знаходиться горюча суміш — початкова температура горючого середовища Т 0 T 0 q(-) Tзап — тиск, під яким знаходиться горюча суміш Р Wхр q(+) Tзап — час контакту ДЗ з горючою сумішшю конт Tзап — швидкість руху газової суміші v руху q(-) Tзап

Властивості джерела запалювання — теплоємність матеріалу ср с р Tзап — розміри нагрітого тіла d ДЗ Tзап — загальна площа поверхні розжарених тіл S T зап

Фрикційні іскри — шматочки металу, відірвані і нагріті при механічному впливі, частково окислені. Кількість тепла, що віддається розжареною іскрою: Q = mіск cp іск (Tіск — Tсс гр. ) де c p іск — питома теплоємність матеріалу іскри; m іск – маса і скри; T сс — температура самоспалахування горючої речовини, T іск — кінцева температура іскри. Якщо енергія іскри буде перевищувати мінімальну енергію запалювання даної горючої речовини, іскра є джерелом запалювання.

Вихідні параметри іскор різного походження Природа іскри Розмір Температура іскри електрозварювальних робіт 5 мм 4000 С іскри короткого замикання електропроводки 3 мм 2500 С іскри топок і вихлопних труб двигунів 5 мм 3 мм 2 мм 600 С 800 о С 1000 о С іскри механічного походження 0, 5 1 мм Т пл найбільш легкоплавкого металу

Розподіл температури іскри з часом

3. ЗАПАЛЮВАННЯ ГОРЮЧИХ СИСТЕМ ЕЛЕКТРИЧНИМИ РОЗРЯДАМИ Теплові прояви електричної енергії: електричний розряд статичної електрики; електричний розряд атмосферної електрики (прямий та опосередкований вплив блискавки); електричні іскри, що виникають внаслідок короткого замикання, (дуга та краплі металу); нагрів поверхні ламп накалювання та електричних дротів і контактів при виникненні перевантажень.

Розподіл температури при електричному розряді в інертному середовищі в ГС q(+) > q(-) q(+)=Vгс Qн ωхр 3 minгс r 34 V кр нp фпmin uc 7, 3 r

E min — мінімальна енергія електричного розряду, яка забезпечує нагрівання від Т о до Т гор об’єму газу, радіус якого рівний r min. Мінімальна енергія запалювання газу, пари або аерозолю речовини в повітрі — найменша енергію конденсатора, при розряді якого через повітряний проміжок виникає іскра, яка запалює стехіометричну суміш даної речовини і повітря з імовірністю 0, 01. Безпечним є розряд електрики з енергією: Е без. < 0, 4 E min 2 р23 н oг 3 min с ТТλ E ρu )(

Мінімальна підпалююча енергія іскри залежить від: виду горючої речовини, складу горючої суміші, умов, в яких знаходиться система (тиск, температура, швидкість руху газового середовища), часу впливу на горючу суміш.

Вид горючої речовини природа горючої речовини Emin водню = 0, 017 м. Дж, E min етану = 0, 24 м. Дж, E min аміаку = 680 м. Дж. E min парафінових вуглеводнів > Emin етиленових > E min ацетиленових вуглеводнів агрегатний стан горючої речовини E min твердих ГР > Emin рідин > Emin газів

Склад горючої суміші. EДЗ = Emin при гр = стм E min метан — повітря = 0, 42 м. Дж, E min метан — кисень = 0, 004 м. Дж

• Умови, в яких знаходиться горюча суміш E min метан — повітря (Р = 100 к. Па) = 0, 42 м. Дж, E min метан — повітря (Р = 10 к. Па) = 25 м. Дж

Час впливу розряду на горючу суміш E min впливу Електричні розряди різної потужності і різної тривалості можуть бути рівноцінними при запаленні, якщо їх енергія однакова.

Розрахунок мінімальної енергії запалювання: де Еmin 1 , Еmin 2 – мінімальна енергія запалювання речовин 1 і 2; u н 1 , uн 2 – нормальна швидкість поширення горіння речовин 1 і 2. Стандартна речовина — нормальний бутан Е min = 0, 25 м. Дж, а uн = 0, 379 м/с. Мінімальна енергія запалювання інших речовин в повітрі за стандартних умов: 2 н min 1 2 2 1 u u E E 2 н min u 036,

4. Підпалювання горючих речовин променистим потоком від полум’я. 4 сс 4 пол TTq tпром 0 aq 2 t)(t 2 22 промt окр кр qa 4 )tt(

Критична густина теплового потоку q кр залежно від часу опромінення для різних речовин Речовина q кр за тривалості опромінення, к. Вт м – 2 3 хв. 5 хв. 15 хв. деревина 18, 8 16, 9 13, 9 торф 16, 6 14, 3 9, 8 бавовна 11, 0 9, 7 7, 5 пластик 21, 6 19, 1 15, 4 гума 22, 6 19, 2 14, 8 вугілля – 35,

Завдання на самопідготовку: Вивчити матеріал 1. Демидов, Шандыба, Щеглов: — Горение и свойства горючих веществ, стор. 65 -67. 2. Демидов, Саушев. Горение и свойства горючих веществ, стор. 131 -151.